Experiment Wasserglas

Das Vakuum und die Kraft im Nichts

Ein Vakuum herrscht, wenn in einem Raum ein geringerer Luftdruck herrscht als sonst. Die ungleiche Verteilung von Teilchen in der Luft untersucht die Wissenschaft schon seit langem. Denn das Vakuum kann man sich in vielen Bereichen zu Nutze machen.

Ständig sind wir von Luft umgeben. Wir sehen sie nicht und dennoch ist sie für unser Leben auf der Erde lebenswichtig. Unsere Luft ist ein Gemisch aus Gasen. Neben dem Gas Stickstoff steckt unter anderem auch der Sauerstoff in der Luft, den wir zum Atmen brauchen.

Die Gase bestehen aus Teilchen, die sehr klein sind und sich rasch bewegen. Dabei stoßen sie gegen alles, was ihnen in den Weg kommt, und erzeugen dabei einen so genannten Luftdruck. Der Luftdruck ist für die Wissenschaft interessant. In bestimmten Versuchen lässt er sich näher erforschen.

„Das geht, indem man Luft aus einem hohlen Körper entfernt“, erklärt die Physikerin Adelheid Sommer. Ist ein Hohlkörper luftleer, so nennt man diese Leere auch Vakuum. In einem Vakuum sind weitestgehend alle gasförmigen, flüssigen und festen Teilchen verschwunden. Wäre der Hohlkörper mit Wasser gefüllt, wäre es kein Vakuum mehr.

Zwei schwere Kugelhälften

So ein Vakuum hat der Forscher Otto von Guericke schon vor über 500 Jahren erzeugt. Er presste zwei große Eisenschalen zu einer Kugel zusammen und entfernte die Luft aus ihr. „Dabei stellte er fest, dass die Kugelhälften so stark aneinander klebten, dass sie selbst 16 Pferde nicht wieder auseinanderziehen konnten“, erzählt die Fachfrau. Erst als wieder Luft in die Kugel strömte, fielen die beiden Einzelteile auseinander.

Doch was hat die Halbkugeln zusammengehalten? Adelheid Sommer erklärt’s: „Sind die zwei Halbkugeln getrennt, ist der Luftdruck auf sie gleich groß. Setzt man aber die zwei Halbkugeln aneinander und entfernt die Luft aus ihr, so entsteht im Innenraum ein Vakuum.“ Zwischen der Innen- und Außenseite der Kugel herrscht dann ein Druckunterschied. Innen ist der Luftdruck geringer als außen. Der Luftdruck, der an den Kugelschalen von außen wirkt, ist so stark, dass man sie nur mit großer Mühe trennen kann.

Kein Lebensraum

Viele Wissenschaftler haben sich seitdem mit dem Vakuum beschäftigt. Heute wissen wir: In einem Vakuum kann kein Mensch, kein Tier und keine Pflanze überleben. Es gäbe dort keinen Sauerstoff zum Atmen. Dass der luftleere Raum ein schlechter Lebensraum ist, hat aber auch seine Vorteile. So werden etwa Lebensmittel luftdicht verpackt, damit sie länger haltbar bleiben. Denn je weniger Luft in der Verpackung vorhanden ist, desto weniger Bakterien können darin überleben. Auch Aromastoffe bleiben länger erhalten, wenn sie nicht mit Luft in Kontakt kommen.

Auch in anderen Bereichen unseres Alltags nutzen wir das Vakuum. Beim Staubsaugen zum Beispiel. Der Staubsauger funktioniert, indem in seinem Inneren ein Vakuum erzeugt wird. Der Luftdruck von außen drückt dann über den Staubsaugerschlauch den Schmutz in ihn hinein. Auch unser Körper funktioniert in der Hinsicht ähnlich. Weil der Druck in unserer Lunge geringer ist als der Luftdruck außerhalb, können wir frische Atemluft in unsere Lunge befördern.

Vakuum im All

Außerhalb der Erde und seiner Lufthülle gibt es keine Luft im All. Es herrscht ein Vakuum im All. Deshalb brauchen Astronauten auch einen Raumanzug. Der versorgt die Astronauten mit Atemluft und erzeugt einen künstlichen Außendruck auf den Körper.

Das Vakuum hat noch eine weitere Eigenschaft: absolute Stille. Ohne Luft kann sich kein Schall ausbreiten. Deshalb gibt es im Weltraum keine Geräusche. Wenn es eine Schlacht mit Raumschiffen geben würde, wie wir sie aus dem Kino kennen, würde man dabei nichts hören. Keine Geräusche von Motoren, Kanonen oder Explosionen – nichts.

Experimente

Willst du selbst mal ausprobieren, wie stark ein Vakuum sein kann? Hier zwei paar Experimente:

KLEBRIGES WASSER: Fülle ein Glas bis zum Rand mit Wasser. Lege dann eine Postkarte auf das Glas. Halte die Postkarte fest, während du das Glas langsam umdrehst. Nun kannst du die Postkarte loslassen. Sie fällt nicht herunter – und das Wasser bleibt im Glas. Das Wasser und die Postkarte verhindern, dass Luft ins Glas strömen kann. Dadurch ist im Glas ist ein geringerer Luftdruck als außen. Denn durch den Unterdruck im Glas wirkt eine starke Kraft. Sie hält das Wasser und die Postkarte fest.

PLATZENDER SCHOKOKUSS: Bohre ein Loch in den Deckel eines Marmeladenglases und stecke einen Strohhalm in die Öffnung. Dichte das Loch mit Knete oder einem Kaugummi luftdicht ab. Stelle nun einen Schokokuss in das leere Glas und schraube den Deckel mit dem Trinkhalm drauf. Jetzt sauge fest am Strohhalm und beobachte, was dabei mit dem Schokokuss passiert. Die Schokohülle platzt auf und der Zuckerschaum tritt aus. Denn die Luft im Schokokuss drückt so stark nach außen, dass sie die Schokoladenschicht aufplatzen lässt.

Text und Foto: Philipp Brandstädter,
zunächst erschienen über dpa Nachrichten für Kinder, Mai 2020

Quellen:

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